什么是液體表面張力？如何計算測量毛細(xì)管中的表面張力？

由于在流體分子中發(fā)現(xiàn)的明顯張力效應(yīng)或內(nèi)聚力而引起的特性稱為表面張力。因此，液體顆粒顯示出與不混溶表面或液體或氣體界面粘附的趨勢。或者，它可以理解為在液體界面處自由存在的表面能。

由于表面張力是線力，它通常表示為穿過自由液體表面的每單位長度的力。

液體表面張力的較好例子可能是當(dāng)一只小螞蟻被一滴水纏住時，即使它只是在一滴水中：由于表面的力量，螞蟻必須努力從液體中解脫出來水的張力。

測量表面張力

參考下圖，可以看到典型的典型的流體分子A由于緊鄰A的相鄰分子施加的內(nèi)聚力而保持平衡狀態(tài)。

由于相鄰分子相互施加的內(nèi)聚力相等且大小相反，因此它們抵消了這些作用，因此A上的凈力或合力變?yōu)榱恪?/p>

然而，液體表面的分子向下表現(xiàn)出更大的內(nèi)聚力，因?yàn)樗鼈兩戏經(jīng)]有分子。B上的合成內(nèi)聚力將更多地作用在向下的方向上。這種現(xiàn)象使液體表面與拉伸的薄膜相當(dāng)。

一般來說，與液體壓力和重力相比，表面張力可以忽略不計；然而，封閉在狹窄區(qū)域或非常窄的柱子內(nèi)的流體表現(xiàn)出強(qiáng)烈且顯著的內(nèi)聚趨勢，例如在毛細(xì)管、液滴、氣泡和通過多孔材料的液體中。

當(dāng)封閉在垂直或傾斜的毛細(xì)管內(nèi)時，液體的上升和下降稱為毛細(xì)作用。

通過將流體和毛細(xì)管壁之間形成的接觸角與液柱上的平衡力聯(lián)系起來，可以理解這種現(xiàn)象。

參考下圖，很明顯，液面與毛細(xì)管壁之間的銳角接觸角構(gòu)成了毛細(xì)作用的上升，反之亦然，而且液體的內(nèi)聚力隨銳角減小而隨鈍角增大。

當(dāng)封閉在直徑大于 1 cm 的管子和毛細(xì)管中時，上述對水和汞的作用變得無關(guān)緊要。

測量毛細(xì)管中的表面張力

如圖，我們看到毛細(xì)管上升，其中，向上的張力=管內(nèi)液柱的重量，

上式可以表述為：

πd.σ.cosθ = πd2.h.ρg/4

因此，毛細(xì)上升可以計算為_, h = 4__σcosθ/__ρgd,_ 并且表面張力可以通過求解：

σ = hρgd/4__cosθ

其中σ=由于每單位長度的表面張力而產(chǎn)生的力，并且，

θ=管壁和液體表面之間的接觸角。

以水為液體，玻璃管，θ~0，

因此，玻璃管中有水，毛細(xì)上升變?yōu)椋?/p>

_h = 4__σ/_ρgd,

生成的表面張力可以通過以下表達(dá)式進(jìn)行評估：

σ = h__ρgd/4

在液滴的情況下，液滴在封閉的液體內(nèi)達(dá)到與施加的表面張力相等的壓力。

等于我們得到的上述力，_πd.__σ = p._ πd2/4

最后，上述情況下測量表面張力的公式變?yōu)椋?/p>

σ = pd/4

其中p = 壓力，d =液滴直徑。

上述解釋幫助我們理解與液體相關(guān)的這一重要趨勢，并最終與我們有關(guān)什么是表面張力以及如何測量它。